工程流体力学-第二章.ppt

第二章流体静力学
第一节流体静压力及其特征
第二节流体的平衡方程
第三节流体静力学基本公式及应用
第四节几种质量力作用下的流体平衡
第五节静止作用在平面上的总压力
第六节静止作用在曲面上的总压力
工程流体力学---第二章流体静力学
流体静力学就是研究流体在静止状态的平衡规律及其工程应用的科学。
所谓平衡(或者说静止),是指流体宏观质点之间没有相对运动,达到了相对的平衡。
因此流体处于静止状态包括了两种形式:
一种是流体对地球无相对运动,叫绝对静止,也称为重力场中的流体平衡。如盛装在固定不动容器中的液体。
另一种是流体整体对地球有相对运动,但流体对运动容器无相对运动,流体质点之间也无相对运动,这种静止叫相对静止或叫流体的相对平衡。例如盛装在作等加速直线运动和作等角速度旋转运动的容器内的液体。
☆流体静力时,流体质点之间没有相对运动,因此粘滞性在静止流体中显现不出来。
☆本章所得到的流体平衡规律对理想流体和实际流体均适用。
第一节流体静压力及其特征
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一、质量力
1. 定义:作用于流体的每一个流体质点上,其大小与流体所具有的质量成正比的力。在均质流体中,质量力与受作用流体的体积成正比,因此又叫体积力。
3. 质量力的大小用单位质量力来度量。所谓单位质量力就是作用于单位质量流体上的质量力。
2. 常见的质量力:
重力ΔW = Δmg
直线运动惯性力ΔFI = Δm·a
离心惯性力ΔFR = Δm·rω2 。
:设均质流体的质量为m ,体积为V,所受质量力为F。
F = m ·am = m(fxi+fyj+fzk)
其中am = F/m = fxi+fyj+fzk为单位质量力,在数值上等于加速度。
而fx、fy、fz 分别表示单位质量力在坐标轴上的分量,在数值上也分别等于加速度在x 、y、 z轴上的分量。
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实例:重力场中的流体只受到地球引力的作用,取z轴铅垂向上,xoy为水平面,则单位质量力在x 、y、 z轴上的分量为
fx= 0 , fy= 0 , fz= -mg/m = -g
式中负号表示重力加速度g与坐标轴z方向相反。
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二、表面力
1. 定义:表面力是作用于被研究流体的外表面上,其大小与表面积成正比的力。
2. 种类:
法向分力:沿表面内法线方向的压力,单位面
积上的法向力称为流体的正应力。
切向分力:沿表面切向的摩擦力,单位面积上
的切向力就是流体粘性引起的切应力。
3. 作用机理:
周围流体分子或固体分子对分离体表面
的分子作用力的宏观表现。
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三、静压力
在静止的流体中,不存在切应力。因此,流体中的表面力就是沿受力面法线方向的正压力或法向力。
法向力
微元面积
上式中p就是垂直作用于流体单位面积上的力,即物理学中的压强,称为流体的静压力,简称压力,用p表示,单位为牛顿(N)。作用于整个面上的力称为总压力。
静压力定义
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帕斯卡, Pa, N/m2 (法定单位);
标准大气压, atm;
某流体在柱高度,如mmH2O,mmHg;
bar(巴)或kgf/cm2等。
常用的压力的单位
1标准大气压(atm)=101300Pa
=10330kgf/m2
=
=
=
=760mmHg
换算关系
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1kgf/cm2=1工程大气压(at)
1工程大气压(at)=98070Pa
=10000kgf/m2
=1kgf/cm2
=
=10mH2O
=
☆静压力的单位非常小,因此,在工程上常用的单位是kPa(103Pa)或MPa(106Pa)
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1. 流体静压强垂直于其作用面,其方向指向该作用面的内法线方向。
(利用静止流体性质进行证明)
四、流体静压力的两个重要特性
☆流体静止时只有法向力,没有切向力,静压力只能沿法线方向;
☆流体不能承受拉力,只能承受压力。
静压力惟一可能的方向就是内法线方向。
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